СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЛИЧИЯ ЖИДКОСТИ В КОЛОННЕ ШАРОВОГО КРАНА ПОДЗЕМНОГО ИСПОЛНЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК G01F23/292 E21B47/04 

Изобретение относится к области газовой промышленности и может быть использовано при техническом обслуживании, эксплуатации и ремонте трубопроводной арматуры на объектах транспорта газа.

На производственных объектах газотранспортной отрасли используются шаровые краны подземного исполнения. В процессе их эксплуатации в результате сезонных и суточных температурных перепадов происходит конденсация водяных паров с последующим накоплением жидкости в полости колонны [1]. Накопление жидкости внутри колонны также может происходить по причине отсутствия герметичности фланцевого соединения колонны с корпусом крана. При наличии в колонне конденсата и влаги не исключена возможность последующей блокировки удлинителя шпинделя затвора вследствие появления коррозии элементов крана или замерзания жидкости при отрицательных температурах наружного воздуха. Если в колонне крана при проведении технического обслуживания обнаруживается жидкость, ее удаляют, используя различные методы [2].

Нормативными документами определена необходимость периодической проверки герметичности фланцевого соединения колонны с корпусом крана [3, 4]. При проведении технического обслуживания с помощью различных устройств и приборов определяется наличие или отсутствие жидкости в колонне.

Известны устройства, требующие непосредственного контакта с жидкостью для определения уровня жидкости в колонне крана [5, 6]. При проведении измерения зонд или поплавковая конструкция устройства, подается в емкость на расстояние от низшей точки емкости, позволяющее точно определить наличие жидкости в полости колонны. Данные приборы не требуют проведения калибровки в виду того, что основным способом измерения уровня является контактный.

Недостатком таких устройств являются:

- необходимость непосредственного контакта с измеряемой средой- это требует помещения сигнализатора в колонну крана на весь период работы, что может привести к заклиниванию вращающейся части крана,

- невозможность установки таких датчиков в виду особенностей точки измерения - боковая поверхность, отверстие малого диаметра, верхнее расположение,

- отсутствие встроенных индикаторов, что требует дополнительных приборов: обеспечения питания и индикации.

Известны устройства, не требующие непосредственного контакта с жидкостью для определения уровня жидкости в колонне крана [7]. Принципы действия данных устройств различны и могут быть: ультразвуковыми, радарными, микроволновыми и т.д.

Недостатками таких устройств являются:

- необходимость проведения калибровки, с применением дополнительных устройств, что требует специальной метрологической подготовки персонала,

- невозможность установки таких датчиков в виду особенностей точки измерения - боковая поверхность, отверстие малого диаметра, верхнее расположение,

- сложность настройки положения при монтаже обусловленная обеспечением расположения перпендикулярно зеркалу жидкости,

- в виду сложности монтажа, требуется необходимость установки устройства на каждый кран - отсутствует возможность оперативного переноса прибора на другую точку измерения.

Известны устройства, позволяющие определять наличие жидкости в колонне крана и одновременно удалять ее. В основе действия таких устройств лежит явление эжекции от внешнего источника сжатого воздуха [8]. Недостатком таких устройств являются:

- громоздкость, в виду наличия в конструкции шланга, баллона, пневматического пистолета,

- невозможность использования на постоянной основе ввиду постоянного расходования при эжекции, что приводит к быстрому опустошению баллона с сжатым воздухом,

- зависимость от погодных условий, так замерзшая до состояния льда жидкость не способна к удалению таким способом, что приводит к неверной оценке наличия жидкости в полости крана.

Указанные недостатки значительно снижают эффективность производства работ по определению наличия или отсутствия жидкости в полости колонны крана, снижают оперативность проведения данных работ, снижают безопасность их проведения.

Задачей полезной модели является повышение надежности при эксплуатации трубопроводной арматуры подземного исполнения.

Технический результат - оперативное определение наличия жидкости в колонне шарового крана подземного исполнения.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается путем разработки и применения стационарно-переносного устройства, крепящегося на колонне крана с помощью магнита и позволяющего производить определение наличия жидкости в полости колонны крана путем оптической дальнометрии. При работе устройство индицирует свое нормальное состояние путем кратковременного моргания зеленого индикатора. При превышении уровнем заданного порога индикатор переключается и кратковременно моргает красным цветом. Питание устройство получает от сменной аккумуляторной батареи. Калибровка устройства производится при отсутствующей жидкости в полости крана нажатием однократным нажатием на необходимые кнопки управления.

Принципиальная схема устройства показана на фигуре 1.

Устройство включает в себя микроконтроллер (1) с обвязкой к которому присоединен посредством SPI лазерный модуль измерения расстояния (2), расположенный на выносном зонде диаметром менее 10 мм. Устройство имеет переключатель PWR для включения/выключения; кнопки S1, S2 для управления; светодиодные указатели L1, L2, L3 для индикации состояния. Устройство питается от аккумуляторной батареи типа «Крона» (4) напряжением 9 вольт через dc/dc (3) преобразователь на 3,3 вольта. Модуль дальномер выполнен на VL53L1X может измерять расстояние в диапазоне 0-4000 мм, и используется для определения наличия жидкости в полости колонны крана. Сигналы с PIN1, PIN2 считывают состояние кнопок S1, S2, подтянутых резисторами к цепи питания. К корпусу устройства жестко прикреплен магнит в форме кольца охватывающего зонд.

Технология определения наличия жидкости в колонне шарового крана подземного исполнения на фигуре 2 и заключается в следующем. Устройство (5) стационарно крепится на колонне крана (6) после проведения технического обслуживания (жидкость в колонне отсутствует), таким образом, чтобы зонд оказался помещен в технологическое отверстие, при этом крепление устройства к колонне производится за счет магнита (7). Вращением устройства вокруг своей оси (ориентируясь на метку-стрелку с внешней стороны устройства), достигается направление измерителя расстояния на внутреннюю нижнюю горизонтальную плоскость (8) колонны крана. После этого, включается устройство переключателем PWR (9). Далее следует зажать обе кнопки S1, S2 (10, 13) на время более 10 сек для того, чтобы устройство определило среднее расстояние до фланца (нижней точки колонны), в следствие чего все индикаторы мигнут и устройство запишет усредненное по нескольким показаниям значение расстояния в память. После этого устройство входит в рабочий режим, и периодически контролирует расстояние. При нормальной работе устройство кратковременно моргает зеленым индикатором (11), который указывает на рабочее состояние устройства. При условно-постоянном отклонении значения вновь замеренного расстояния от записанного в памяти более чем на 3%, обусловленного преломлением оптического сигнала в жидкости, устройство начнет кратковременно моргать красным индикатором (12), сигнализируя о наличии жидкости в полости крана.

Существенными отличительными признаками заявленного устройства и способа его применения являются:

- конструкция устройства выполнена таким образом, что позволяет определять наличие жидкости в колонне любого крана подземного исполнения, имеющего вентиляционные отверстия;

- устройство не использует внешние источники электрической энергии, что значительно расширяет область его применения: от трубопроводной арматуры на территории основной промплощадки до кранов на узле подключения и линейной части магистральных газопроводов;

- устройство имеет простые средства для калибровки, что позволяет использовать его персоналом без дополнительной подготовки, а в совокупности с простотой в установке, может при необходимости перенесено с одного объекта контроля на другой;

- устройство позволяет обеспечить постоянный и оперативный контроль за отсутствием жидкости в колонне шаровых кранов;

Заявленные существенные отличительные признаки являются неизвестными из патентной и научно-технической информации и в соответствии с этим являются “Новыми”.

Изготовлен опытный образец заявленного устройства, который успешно прошел испытания при производстве работ по техническому обслуживанию трубопроводной арматуры (ТО-2) в Грязовецком ЛПУМГ ООО «Газпром трансгаз Ухта». В связи с этим заявленное устройство соответствует критерию “Промышленная применимость”.

Заявленное устройство при использовании описанным ранее способом позволяет осуществлять определение наличия жидкости в колонне шаровых кранов подземного исполнения, не прибегая при этом: к трудозатратному и менее оперативном способу - с помощью устройств использующих явление эжекции, к более дорогостоящему методу - дооснащению коллонн кранов стационарными датчиками уровня жидкости, что потребует значительного изменения конструкции колонн.

Список литературы:

1. Козаченко А.Н. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов / Козаченко А.Н. - М.: Нефть и газ, 1999. - 463 с. ISBN 5-7246-0055-2.

2. Пат. RU 2745818 C1, МПК F04F 5/24 (2006.01). Способ удаления капельной жидкости из колонны шарового крана подземного исполнения и устройство для его осуществления / Кирьянов В.А.: заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Ухта" (RU) - №2020128238; заявл. 25.08.2020; опубл. 01.04.2021, бюл. №10. - 5 с.: ил.

3. СТО Газпром 2-2.3-385-2009. Порядок проведения технического обслуживания и ремонта трубопроводной арматуры. П.8.1.

4. СТО 49.50.21-00159025-50-006-2017. Трубопроводная арматура на объектах ООО «Газпром трансгаз Ухта». Техническое обслуживание и ремонт. Приложение Г.

5. Пат. RU 15132 U1, МПК G01F 23/28 (2000.01). Ультразвуковой сигнализатор уровня жидкости / Мельников В.И.: заявитель и патентообладатель Мельников В.И. - №2000105713/20; заявл. 09.03.2000; опубл. 20.09.2000, бюл. №26.

6. Пат. RU 15224 U1, МПК G01F 23/22 (2000.01). Сигнализатор уровня жидкости / Пергамент А.М., Грузевич Ю.К., Тележников В.Н., Гусейнов Ю.Г., Коган Л.М.: патентообладатели Пергамент А.М., Грузевич Ю.К., Тележников В.Н., Гусейнов Ю.Г., Коган Л.М. - №2000102048/20; заявл. 02.02.2000; опубл. 27.09.2000, бюл. №27.

7. Пат. RU 2431809 C2, МПК G01F 23/284 (2006.01). Способ и устройство для точного определения уровня жидкости при помощи сигналов радара, излучаемых в направлении поверхности жидкости, и сигналов радара, отраженных от поверхности жидкости / САИ Бин (NL): патентообладатель ЭНРАФ Б.В. (NL) - №2008137555/28,; заявл. 19.02.2007; опубл. 20.10.2011, бюл. №29.

8. Пат. RU 2745818 C1, МПК F04F 5/24 (2006.01). Способ удаления капельной жидкости из колонны шарового крана подземного исполнения и устройство для его осуществления / Кирьянов В.А.: патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Газпром трансгаз Ухта» - №2020128238,; заявл. 25.08.2020; опубл. 01.04.2021, бюл. №10.

Группа изобретений относится к области газовой промышленности и может быть использована при техническом обслуживании, эксплуатации и ремонте трубопроводной арматуры на объектах транспорта газа. Технический результат - оперативное определение наличия жидкости. Устройство для определения наличия жидкости в колонне шарового крана подземного исполнения представляет собой микроконтроллер с лазерным модулем измерения расстояния, смонтированным на зонде, индикаторами и кнопками управления, питаемый от батареи, магнитом для крепления устройства на колонне крана, при этом индикация осуществляется при превышении уровня заданного порога. Устройство крепится на колонне крана с помощью магнита и позволяет производить определение наличия жидкости в полости колонны крана путем оптической дальнометрии. При работе устройство индицирует свое нормальное состояние путем кратковременного моргания зеленого индикатора. При превышении уровня заданного порога индикатор переключается и кратковременно моргает красным цветом. Питание устройство получает от сменной аккумуляторной батареи. Калибровка устройства производится при отсутствующей жидкости в полости крана нажатием однократным нажатием на необходимые кнопки управления. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения наличия жидкости в колонне шарового крана подземного исполнения, заключающийся в отклонении замеренного расстояния от записанного в памяти устройства, обусловленного преломлением оптического сигнала в жидкости, характеризующийся тем, что зонд устройства помещают в технологическое отверстие колонны шарового крана при условии отсутствия жидкости, осуществляют ориентацию устройства, путем его вращения вокруг своей оси, ориентируясь на метку-стрелку с внешней стороны устройства, достигая направления лазерного модуля измерения расстояния на внутреннюю нижнюю горизонтальную плоскость колонны крана, калибруют нажатием на кнопки S1, S2, после чего в память устройства записывается опорное расстояние, с которым при дальнейшей работе устройства сравнивается измеренное расстояние.

2. Устройство для определения наличия жидкости в колонне шарового крана подземного исполнения, реализующее способ по п. 1, характеризующееся тем, что представляет собой микроконтроллер с лазерным модулем измерения расстояния, смонтированным на зонде, индикаторами и кнопками управления, питаемый от батареи, магнитом для крепления устройства на колонне крана, при этом индикация осуществляется при превышении уровня заданного порога.